'Apertar' é usado na física, entre outras coisas, para melhorar a resolução dos instrumentos de medição. Ele permite que ruídos perturbadores sejam suprimidos de forma que sinais menores possam ser detectados com mais sensibilidade. A equipe liderada pela física Professora Eva Weig, da Universidade de Konstanz, agora pode mostrar como esse estado comprimido pode ser medido de uma maneira muito mais simples do que com os métodos existentes. Além disso, o novo método permite examinar estados comprimidos em sistemas onde tais medições não eram possíveis antes. Os resultados são publicados na edição atual da revista. Revisão Física X .

Comprimindo as flutuações térmicas de uma nanoestring

No experimento do grupo Nanomecânica liderado por Eva Weig, as flutuações térmicas de um ressonador de corda nanomecânica vibrante são comprimidas. A nanoestring pode ser considerada como uma minúscula corda de violão, mil vezes mais fino e mais curto do que um fio de cabelo humano. Sistemas nanomecânicos como a nanoestring sob investigação são candidatos promissores para instrumentos de medição de alta precisão. A sensibilidade deles, Contudo, é naturalmente limitado à temperatura ambiente. A energia térmica causa um ruído térmico, um tremor da corda, o que limita a precisão da medição. Esta vibração descontrolada do sistema à temperatura ambiente é baseada no teorema da equipartição termodinâmica, um princípio fundamental da física clássica. De acordo, o ruído térmico deve ser igualmente grande em cada direção do chamado espaço de fase, ou seja, formar uma distribuição circular.

Weig e sua aluna de doutorado Jana Huber adicionaram um forte impulso em cima desse ruído térmico. Assim, a corda foi tocada com muita força. Se a corda for defletida o suficiente, ele deixa de se comportar linearmente. Isso significa que a força que desvia a corda não é mais proporcional à força que a puxa de volta à sua posição original. O forte drive altera as flutuações térmicas como resultado de uma violação da simetria de reversão de tempo. No espaço de fase, eles não se parecem mais com um círculo, mas com uma elipse:pelo menos em uma direção, seu diâmetro, ou seja, o barulho, torna-se significativamente menor - é comprimido. "Era teoricamente conhecido de antemão que isso teria que acontecer, mas nunca foi medido com tanta clareza, porque é um efeito relativamente sutil, "explica Eva Weig.

Fatores perturbadores

Contudo, o método de mapear o estado comprimido diretamente no espaço de fase nem sempre funciona. Isso também se aplica à nanoestring estudada pelos pesquisadores do Konstanz. Considerando que uma corda de violão convencional, uma vez arrancado, balança para frente e para trás apenas algumas centenas de vezes antes de se acalmar novamente, uma nanoestring vibra mais de 300, 000 vezes. Contudo, esta alta "qualidade mecânica" também torna a corda muito sensível a perturbações, como flutuações mínimas de temperatura. Medir um estado comprimido como uma elipse no espaço de fase não é possível nesses sistemas.

Huber está, portanto, buscando um conceito diferente com sua medição. O ruído não é examinado em todo o espaço de fase, mas apenas resolvido espectralmente, ou seja, de acordo com as frequências que aí ocorrem. Além da frequência da unidade, o espectro mostra mais dois componentes de frequência, um à esquerda e um à direita da unidade, que são atribuídos ao ruído térmico. Os físicos teóricos Dr. Gianluca Rastelli e o Professor Wolfgang Belzig da Universidade de Konstanz e o Professor Mark Dykman da Michigan State University (EUA), que também estão envolvidos no trabalho, havia previsto exatamente essa ocorrência de outras frequências. "Mas ninguém nunca tinha visto isso tão bem antes. Isso tem a ver com o fato de que nossa qualidade mecânica é tão alta que fomos capazes de resolvê-la com clareza cristalina, "diz Eva Weig.

Assim, é também a primeira vez que esses dois sinais de satélite podem ser vistos com alturas diferentes. Em estreita cooperação com Gianluca Rastelli, Huber conseguiu mostrar que a diferença de intensidade entre esses dois satélites - a proporção das áreas sob os dois sinais de satélite - é uma medida direta do parâmetro de compressão, ou seja, com que força o ruído é comprimido.

'Radicamente simples'

'Radicamente simples' é como os físicos Weig e Dykman descrevem o método que permite a compressão de medições não apenas em sistemas mecânicos como este aqui, mas em uma ampla gama de sistemas - o principal é que eles são de alta qualidade e têm um forte impulso. Existem até ligações com sistemas mecânicos quânticos.

Além disso, há uma "congruência cativante entre experimento e teoria, "como Eva Weig e Wolfgang Belzig enfatizam unanimemente. Os dados medidos se encaixam precisamente no modelo desenvolvido pelos colegas da física teórica em Konstanz e na Michigan State University.